近日，上海交通大學電子信息與電氣工程學院電子工程系區(qū)域光纖通信網(wǎng)和新型光通信系統(tǒng)國家重點實驗室何廣強團隊和姜淳團隊在拓撲量子光學領(lǐng)域取得進展，研究成果以Topological protection of continuous frequency entangled biphoton states（拓撲保護的連續(xù)頻率糾纏雙光子態(tài)）為題在國際期刊Nanophotonics發(fā)表。該工作提出了一種在光拓撲絕緣體中實現(xiàn)受拓撲保護的連續(xù)頻率糾纏雙光子態(tài)的方案。

研究背景

量子糾纏描述兩個或兩個以上物理子系統(tǒng)間的相互關(guān)聯(lián)特性，目前被廣泛應用于量子通信、量子計算和量子精密測量等領(lǐng)域。然而，糾纏態(tài)的信號強度往往較弱，容易受到外部干擾，在較為復雜的路徑傳輸中信號容易失真。

創(chuàng)新成果

針對這些問題，研究團隊提出一種受拓撲保護的連續(xù)頻率糾纏雙光子態(tài)理論方案，如下圖所示，基于量子谷霍爾效應可以在光子晶體中構(gòu)建光拓撲絕緣體，在拓撲帶隙中出現(xiàn)拓撲邊界態(tài)，該拓撲邊界態(tài)對拐角等結(jié)構(gòu)缺陷具有較強的魯棒性。利用硅介質(zhì)的三階非線性效應——四波混頻，可以在光拓撲絕緣體中制備一對信號光與閑置光。研究團隊證明在光拓撲絕緣體中產(chǎn)生的信號光與閑置光之間是連續(xù)頻率糾纏的，且由于信號光與閑置光的頻率位于拓撲非平庸帶隙內(nèi)，因此，產(chǎn)生的連續(xù)頻率糾纏雙光子態(tài)受到拓撲保護，具有較強的魯棒性。

在光拓撲絕緣體中實現(xiàn)受拓撲保護的連續(xù)頻率糾纏雙光子態(tài)

該研究工作將新奇的拓撲邊界態(tài)應用于量子領(lǐng)域，在光拓撲絕緣體中同時實現(xiàn)了連續(xù)頻率糾纏雙光子態(tài)的產(chǎn)生及拓撲保護，為量子計算及量子通信等領(lǐng)域提供了新的研究思路。

該工作由上海交通大學獨立完成，博士研究生姜震為第一作者，何廣強副教授和姜淳教授為該論文的共同通訊作者。

論文鏈接：https://doi.org/10.1515/nanoph-2021-0371